Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
MỤC LỤC
Lời nói đầu 5
Các từ viết tắt 7
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh 9
1.1. Khái quát về định vị 9
1.2. Nguyên lý của hệ thống thông tin vệ tinh 9
1.2.1. Quỹ đạo cực tròn 10
1.2.2. Quỹ đạo elip nghiêng 10
1.2.3. Quỹ đạo xích đạo tròn 10
1.2.3.1. Quỹ đạo địa tĩnh GEO (Geosychronous Earth Orbit) 10
1.2.3.2. Quỹ đạo thấp LEO (Low Earth Orbit) 11
1.2.3.3. Quỹ đạo trung bình MEO (Medium Earth Orbit) 11
1.3. Đặc điểm của thông tin vệ tinh 11
1.4. Hệ thống của thông tin vệ tinh cơ bản 12
1.5. Tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh 13
1.6. Cơ sở của phép định vị bằng vệ tinh 14
1.6.1. Nguyên lý đo cự ly trong phép định vị vệ tinh 16
1.6.1.1. Mã giả ngẫu nhiên (Pseudo Random Code - PRC) 16
1.6.1.2. Giả cự ly 17
1.6.1.3. Đo cự ly bằng sóng xung và sóng liên tục 17
1.6.1.4. nguyên lý đo cự ly cơ bản 18
1.6.2. Các nguồn gây sai số trong phép đo 18
1.6.2.1.Đồng hồ vệ tinh 19
1.6.2.2. Đồng hồ máy thu 20
1.7. Sai số quỹ đạo vệ tinh 21
1.7.1. Sai số do tầng điện ly 21
1.7.2. Sai số do tầng đối lưu 22
1.7.3. Nhiễu đa đường 23
1.7.4. Các sai số của máy thu 23
2.5.1.2. Nhiệt tạp âm hệ thống fiđơ TF 36
2.5.1.3. Nhiệt tạp âm máy thu T
R
36
2.5.2. Công suất tạp âm hệ thống 36
2.5.3. Công suất tạp âm nhiễu 37
2.5.3.1. Can nhiễu khác tuyến 37
2.5.3.2. Nhiễu cùng tuyến 38
2.5.3.3. Tạp âm méo xuyên điều chế 39
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
2
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
2.6. Hiệu ứng Doppler 40
2.7. Trễ truyền dẫn 41
Chương 3 : Hệ thống định vị toàn cầu GPS 42
3.1. Sự ra đời của hệ thống GPS 42
3.2. Cấu tạo của hệ thống GPS 47
3.2.1. Chùm vệ tinh 48
3.2.2. Hệ thống điều khiển mặt đất 48
3.2.3. Bộ phận người sử dụng 49
3.3. Nguyên lý hoạt động của hê thống 50
3.4. Điều chế và giải điều chế GPS 52
3.4.1. Điều chế tín hiệu GPS 52
3.4.2. Giải điều chế GPS 53
3.5. Phương pháp tạo mã C/A 53
3.6.Các loại mã 54
3.6.1. Mã C/A 54
3.6.2. Mã P 54
3.7. Cấu trúc dữ liệu GPS 55
3.8. Mối quan hệ giữa các chức năng của hệ thống GPS 59
4.3.3.3. Ảnh hưởng của bão từ (Scintillation) 73
Kết luận 74
Tài liệu tham khảo 75
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
4
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, thế giới thông tin ngày càng phát triển một cách đa dạng và phong
phú. Nhu cầu về thông tin liên lạc trong cuộc sống càng tăng cả về số lượng và chất
lượng, đòi hỏi các dịch vụ của ngành Viễn Thông càng mở rộng. Trong những năm
gần đây thông tin vệ tinh trên thế giới đã có những bước tiến vượt bậc đáp ứng nhu
cầu đời sống, đưa con người nhanh chóng tiếp cận với các tiến bộ khoa học kỹ
thuật.
Sự ra đời của nhiều loại phương tiện tiên tiến như máy bay, tàu vũ trụ đòi hỏi
1 kỹ thuật mà các hệ thống cũ không thể đáp ứng được đó là định vị trong không
gian 3 chiều, đứng trước sự đòi hỏi đó chính phủ Mỹ đã tài trợ 1 chương trình
nghiên cứu hệ thống định vị trong vũ trụ. Với mục đích khảo sát, nghiên cứu hệ
thống định vị này. Do đó em chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu
GPS ứng dụng trong hàng không” cho đồ án tốt nghiệp của mình.
Nội dung của đồ án gồm 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh
Chương 2: Các phương pháp đa truy nhập và tổn hao trong thông tin vê tinh
Chương 3: Hệ thống định vị toàn cầu GPS
Chương 4: Ứng dụng hệ thống GPS trong ngành hàng không
Chương 1: cung cấp các khái niệm cơ bản về TTVT, về định vị, cơ sở lý
thuyết của phép định vị bằng vệ tinh, phương trình đo mã, thiết lập mô hình toán
học của phép đo cũng như các nguồn gây sai số của phép đo.
Chương 2: Tìm hiểu về các phương pháp và những ảnh hưởng của tạp âm và
suy hao trong thông tin vệ tinh.
Chương 3: tìm hiểu về ưu điểm, chức năng, cấu tạo, cấu trúc-đặc tính tín
U/C Up Converter Bộ nâng tần
HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao
LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp
PRN Pseudo Random Code Mã giả ngẫu nhiên
BPSK Binary Phase Shift Key Khóa dịch pha nhị phân
P precise hoặc protectd Mã chính xác hoặc mã bảo vệ
C/A Coarse/Acquired Mã
S/A Selective Availability Là một loại tín hiệu
NDB Non – Directional Radio Beacon Đài phát sóng dài phát vô hướng
DME Distance Measuring Equipment Đài đo cự ly
ILS Instrument Loading Sysem Là hệ thống thiết bị mặt đất
VOR Very High Frequency Omi Range Đài vô tuyến phương vị mặt đất
SBAS
Satellite Based Augmentation
System
Hệ thống tăng cường trên vệ tinh
GBAS
Ground-Based Augmentation
System
Hệ thống tăng cường trên mặt đất
GMS Ground Monitor Station Trạm giám sát mặt đất
MCS Master Control Station Trạm điều khiển chính
GS Ground System Hệ thống mặt đất
AS Aircraft System Hệ thống trên máy bay
CNMP Multipath error confidence bounds Gới hạn nhiễu đa đường
TROP Troposphere delay Trể tầng đối lưu
UDRE User Differential Range Error
Lỗi sai lệch cự ly người dùng vệ
tinh
GIVE Grid Ionosphere Vertical Error Lỗi lưới dọc ion
gian
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1. Khái quát về định vị
Thật vậy, từ xa xưa con người đã biết vận dụng nhiều phương pháp như:
- Định vị cổ điển như quan sát theo dõi các ngọn núi, tòa nhà cao
- Định vị quan sát các chòm sao và hành tinh trên vũ trụ: như sao Bắc đẩu để
xác định vị trí của mình tuy là không chính xác lắm.
Ngày nay, nhờ vào sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và các phương pháp
định vị hiện đại như:
- Định vị quán tính
- Định vị vô tuyến mặt đất
- Định vị vô tuyến không gian người ta đã tính toán và đo được các thông số
của quá trình chuyển động (vị trí, vận tốc, thời gian,…) chính xác hơn.
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
8
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
1.2. Nguyên lý của hệ thống thông tin vệ tinh
Sau khi được phóng vào vũ trụ, vệ tinh trở thành trạm thông tin ngoài trái
đất. Nó có nhiệm vụ thu tín hiệu dưới dạng sóng vô tuyến từ một trạm ở trái đất,
khuếch đại rồi phát trở về trái đất cho một trạm khác.
Có hai quy luật chi phối quỹ đạo của các vệ tinh bay xung quanh quả đất là:
- Mặt phẳng quỹ đạo bay của vệ tinh phải cắt ngang tâm Trái đất.
- Qủa đất phải là trung tâm của bất kỳ quỹ đạo nào của vệ tinh.
1.2.1. Quỹ đạo cực tròn
Ưu điểm của dạng quỹ đạo này là mỗi điểm trên mặt đất đều nhìn thấy vệ
tinh trong một khoảng thời gian nhất định. Việc phủ sóng toàn cầu của dạng quỹ
đạo này đạt được vì quỹ đạo bay của vệ tinh sẽ lần lược quét tất cả các vị trí trên
mặt đất. Dạng quỹ đạo này được sử dụng cho các vệ tinh dự báo thời tiết, hàng hải,
thăm dò tài nguyên và các vệ tinh do thám. Nó ít được sử dụng cho thông tin truyền
hình vì thời gian xuất hiện ngắn.
giới.
1.2.3.2. Quỹ đạo thấp LEO (Low Earth Orbit)
Độ cao điển hình của dạng quỹ đạo này là 160 đến 480 km, nó có chu kỳ 90
phút. Thời gian quan sát thấy vệ tinh khoảng dưới 30 phút. Việc bố trí các vệ tinh
LEO gần nhau có thuận lợi là thời gian để dữ liệu phát đi đến vệ tinh và đi về là rất
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
10
Hình 1.2. Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
ngắn. Do khả năng thực hiện nhanh của nó, tác dụng tiếp sức tương hỗ toàn cầu
giữa các mạng và loại hình hội thoại vô tuyến truyền hình sẽ có hiệu quả và hấp dẫn
hơn. Nhưng hệ thống LEO đòi hỏi phải có khoảng 60 vệ tinh loại này mới bao trùm
hết bề mặt địa cầu
1.2.3.3. Quỹ đạo trung bình MEO (Medium Earth Orbit)
Vệ tinh MEO ở độ cao từ 10.000km đến 20.000 km, chu kỳ của quỹ đạo là 5
đến 12 giờ, thời gian quan sát vệ tinh từ 2 đến 4 giờ. Ứng dụng cho thông tin di
động hay thông tin radio. Hệ thống MEO cần khoảng 12 vệ tinh để phủ sóng toàn
cầu.
1.3. Đặc điểm của thông tin vệ tinh
Trong thời đại hiện nay, thông tin vệ tinh được phát triển và phổ biến nhanh
chóng vì nhiều lý do khác nhau. Các ưu điểm chính của thông tin vệ tinh so với các
phương tiện thông tin dưới biển và trên mặt đất như hệ thống cáp quang và hệ thống
chuyển tiếp viba số là:
- Có khả năng đa truy nhập.
- Vùng phủ sóng rộng, chỉ cần 3 vệ tinh địa tỉnh là có thể phủ sóng toàn cầu.
- Ổn định cao, chất lượng và khả năng cao về thông tin băng rộng.
- Có thể ứng dụng cho thông tin di động.
- Thích hợp với dịch vụ truyền hình
- Hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự ly lớn, đặc biệt trong thông tin xuyên
lục địa.
bộ khuếch đại công suất cao HPA (High Power Amplifier) rồi được bức xạ ra
không gian lên vệ tinh qua anten phát. Tại vệ tinh, tín hiệu nhận được qua anten sẽ
được khuếch đại và chuyển đổi tần số xuống (Down Converter), sau đó được
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
12
Đường lên
6GHz(14GHz)
Đường xuống
4GHz(11GHz)
Khuếch đại
tạp âm tháp
Hạ tần
Giải điều
chế
Điều
chế
Nâng
tần
Khuếch đại
công suất
Hình 1.3. Liên lạc giữa hai trạm mặt đất qua vệ tinh
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
khuếch đại công suất rồi được phát trở lại trạm mặt đất. Ở trạm mặt đất thu, tín
hiệu thu được qua anten được khuếch đại bởi bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA
(Low Noise Amplifier). Sau đó được chuyển đổi tần số xuống trung tần qua bộ
chuyển đổi hạ tần (Down Converter) và cuối cùng được giải điều chế khôi phục lại
tín hiệu băng gốc.
1.5. Tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh
Các tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh nằm trong băng tần siêu cao SHF
(Super High Frequency) từ 3 đến 30 GHz, trong phổ tần số sử dụng cho vệ tinh
0,83
Hiện nay, băng C và băng Ku được sử dụng phổ biến nhất, băng C (4/6 GHz)
nằm ở khoảng giữa cửa sổ tần số, suy hao ít do mưa, trước đây được dùng cho các
hệ thống viba mặt đất. Sử dụng chung cho hệ thống Intelsat và các hệ thống khác
bao gồm các hệ thống vệ tinh khu vực và nhiều hệ thống vệ tinh nội địa. Băng Ku
(12/14 và 11/14 GHz), được sử dụng rộng rãi tiếp sau băng C cho viễn thông công
cộng, dùng nhiều cho thông tin nội địa và thông tin giữa các công ty. Do tần số cao
nên cho phép sử dụng những anten có kích thước nhỏ, nhưng cũng vì tần số cao nên
tín hiệu ở băng Ku bị hấp thụ lớn do mưa.
Băng Ka (20/30 GHz) lần đầu tiên sử dụng cho thông tin thương mại qua vệ
tinh Sakura của Nhật, cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ và hoàn toàn không
gây nhiễu cho các hệ thống viba. Tuy nhiên băng Ka suy hao đáng kể do mưa nên
không phù hợp cho thông tin chất lượng cao
1.6. Cơ sở của phép định vị bằng vệ tinh
Để xác định vị trí của một vật thể bằng vệ tinh (định vị điểm) ta cần sử dụng
vệ tinh làm các điểm tham chiếu, nghĩa là ta cần tính được khoảng cách từ vật thể
đến các vệ tinh này (Hình 1.4).
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
13
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
Ở đây ta đã biết trước vị trí r
j
của vệ tinh thứ j (phát ra tín hiệu) và muốn xác
định vị trí R
i
của anten thứ i (thiết bị thu tín hiệu vệ tinh) do đó ta cần phải đo vector
cự ly e
i
j
ρ
C (Gốc tọa độ)
(Tâm trái đất)
r
j
(đã biết)
(cần tìm) R
i
Anten thứ i
Vệ tinh thứ j
Mặt đất
(đo được) e
i
jρ
i
j
Hình 1.5. định vị điểm bằng vệ tinh
P
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
Giả sử ta bỏ qua sai số đồng hồ máy thu trên vật thể i và đo được cự ly từ vật
thể i đến vệ tinh 1 là ρ
i
1
, nghĩa là vật thể i đang nằm trên một mặt cầu (S
1
) có tâm là
vệ tinh 1 (C
1
) và bán kính là ρ
i
1
3
) với đường tròn (O), như ở hình 1.5.
Như vậy, bằng các phép đo cự ly từ vật thể i đến 3 vệ tinh, ta có thể xác định
được 2 vị trí có thể có của nó trong không gian. Để xác định vị trí nào là vị trí thật
ta có thể thực hiện 1 phép đo bổ sung, tuy nhiên 1 trong 2 vị trí tính được từ phép
đo này sẽ cho một kết quả không phù hợp (hoặc là ở rất xa trái đất, hoặc là chuyển
động với vận tốc vô cùng lớn) và do đó có thể bỏ qua mà không cần phải thực hiện
phép đo này.Ba phép đo cự ly ở trên cho ta 3 phương trình độc lập với nhau cần
thiết để xác định 3 ẩn số. 3 ẩn số này là tọa độ (x, y, z) của vật thể i trong không
gian 3 chiều. Khi kể đến sai số đồng hồ máy thu, tất cả các phép đo cự ly đồng thời
đều bị lệch bởi giá trị sai số này. Do đó, trong bất kỳ một tập hợp các phép đo cự ly
đồng thời nào, chúng ta cũng cần phải xác định đầy đủ 4 ẩn số (3 ẩn số vị trí, 1 ẩn
số thời gian), nghĩa là cần 4 phương trình hay 4 phép đo cự ly đến vệ tinh để xác
định vị trí duy nhất của vật thể
Hình 1.6. Miêu tả 3 phép đo bằng 3 vệ tinh
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
15
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
Hình 1.7. Miêu tả xác định ví trí
1.6.1. Nguyên lý đo cự ly trong phép định vị vệ tinh
1.6.1.1. Mã giả ngẫu nhiên (Pseudo Random Code - PRC)
Là thành phần cơ bản của GPS, gồm các mã số (digital code) rất phức tạp,
hay nói cách khác nó là một chuỗi liên tiếp các xung nhị phân “0” và “1” (hình 1.7).
Tín hiệu này phức tạp gần như là các nhiễu điện từ ngẫu nhiên nên được gọi là mã
giả ngẫu nhiên. Nó có nhiệm vụ bảo đảm cho máy thu không đồng bộ ngẫu nhiên
với tín hiệu khác. Ngoài ra, do mỗi vệ tinh có một mã PRC duy nhất riêng biệt nên
điều này cũng bảo đảm rằng máy thu sẽ không tình cờ bắt được tín hiệu của vệ tinh
khác, vì vậy các vệ tinh có thể sử dụng cùng tần số mà không làm nhiễu lẫn nhau.
Không những vậy, việc sử dụng mã PRC này còn giúp cho quá trình xử lý và
khuếch đại tín hiệu dựa trên lý thuyết thông tin được thực hiện dễ dàng hơn, giúp
∆T - các nguồn sai số.
1.6.1.3. Đo cự ly bằng sóng xung và sóng liên tục
Các hệ thống đo cự ly thường dùng các tín hiệu xung hoặc các tín hiệu sóng
liên tục. Mỗi phương pháp đều có những ưu khuyết điểm riêng và đều có thể sử
dụng trong phép đo một chiều hoặc hai chiều. Hệ thống định vị vô tuyến toàn cầu là
hệ thống đo cự ly một chiều có khả năng sử dụng cả hai loại: sóng xung dụng trong
và sóng liên tục.
1.6.1.4. nguyên lý đo cự ly cơ bản
Bằng cách xác định khoảng thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu
ta có thể tính toán được cự ly giữa chúng nhờ vào công thức:
Cự ly = vận tốc x thời gian hay ρ = c.t (1.3)
Vấn đề ở đây là làm sao tính toán được thời gian truyền tín hiệu giữa chúng. Để
thực hiện điều này chúng ta giả sử rằng cả vệ tinh và máy thu đều phát ra các mã
PRC giống nhau vào cùng một thời điểm. Lúc này tại máy thu ta nhận được 2 phiên
bản mã không đồng thời, 1 phiên bản mã của máy thu và 1 phiên bản mã từ vệ tinh
sẽ đến trễ hơn một khoảng thời gian do phải trải qua một quảng đường khá xa từ vệ
tinh đến máy thu. Như vậy dựa vào khoảng thời gian trễ trên ta có thể xác định
được cự ly một cách dễ dàng.
Giả cự ly là tích của tốc độ ánh sáng và trị biến đổi thời gian cần thiết để so
hàng một phiên bản mã được phát từ máy thu với một phiên bản mã khác nhận
được từ vệ tinh. Trên lý thuyết, trị biến đổi thời gian là trị chênh lệch giữa thời gian
nhận tín hiệu (được đo bằng hệ thời gian của máy thu) và thời gian phát tín hiệu
(được đo bằng hệ thời gian của vệ tinh). Trên thực tế, hai hệ thời gian này không
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
17
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
giống nhau, mỗi hệ tác động một sai lệch vào trị số đó. Vì vậy các số đo thời trễ sai
lệch này được xem là những số đo giả cự ly.
1.6.2. Các nguồn gây sai số trong phép đo
Như chúng ta đã biết để xác định vị trí của một vật thể, ta cần phải tính toán
Nhiễu đa đường
Nhiễu máy thu
Tín hiệu truyền từ vệ tinh
đến máy thu bị sai số và bị
trễ
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
Hình 1.11. Các sai số do lỗi
1.6.2.1. Đồng hồ vệ tinh
Sóng điện từ truyền đi trong không gian xấp xỉ vận tốc ánh sáng (3.10
8
m/s)
nên chỉ cần sai số 1ns sẽ gây ra sai số khoảng cách 30cm. Vì vậy, người ta trang bị
cho các vệ tinh các đồng hồ nguyên tử (Cesium) rất chính xác. Các đồng hồ này tuy
có độ chính xác cao vẫn tích lũy sai số 1ns sau mỗi 3 giờ, do đó để giải quyết vấn
đề này, chúng sẽ được liên tục theo dõi bởi các trạm mặt đất và được so sánh với hệ
thống đồng hồ điều khiển trung tâm gồm 10 đồng hồ nguyên tử khác. Sau khi được
tính toán kỹ lưỡng, sai số và độ trôi đồng hồ vệ tinh được kèm vào các thông điệp
mà vệ tinh phát đi. Khi tính toán khoảng cách đến các vệ tinh, máy thu GPS sẽ lấy
thời gian truyền tín hiệu nhận được trừ đi các sai số này để xác định thời gian truyền
tín hiệu thực sự.
Mặc dù các trung tâm điều khiển mặt đất cố gắng hết sức để liên tục theo dõi
hoạt động của các đồng hồ vệ tinh, chúng vẫn không thể xác định các sai số một
cách chính xác được. Do đó các vệ tinh vẫn gây ra sai số đồng hồ tiêu biểu khoảng
vài nano giây và sai số khoảng cách khoảng 1 met.
1.6.2.2. Đồng hồ máy thu
Tương tự như đồng hồ vệ tinh, bất kỳ sai số nào trong đồng hồ máy thu
cũng gây ra sai số trong các phép đo khoảng cách. Tuy nhiên không thực tế khi
trang bị cho các máy thu này các đồng hồ nguyên tử vì chúng khá nặng (khoảng
20kg), có giá cả rất mắc (50.000USD) và rất bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
việc tiên đoán quỹ đạo này vào khoảng vài mét và do đó cũng sẽ gây ra sai số
khoảng vài mét khi tính toán vị trí. Máy thu duy trì một bảng niên giám dữ liệu quỹ
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
20
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
đạo cho tất cả các vệ tinh và chúng cập nhật các bảng này mỗi giờ khi có dữ liệu
mới.
1.7.1. Sai số do tầng điện ly
hình 1.12. sai số do
tầng điện ly
Ionospheric Delay:
I - là số của
electron trên một đơn
vị
Khi tính toán khoảng cách đến vệ tinh, đầu tiên ta đo khoảng thời gian
truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu và sau đó nhân khoảng thời gian này với vận
tốc ánh sáng. Vấn đề ở đây là vận tốc này thay đổi phụ thuộc vào tình trạng của
tầng khí quyển. Lớp trên của tầng khí quyển gọi là tầng điện ly gồm các hạt mang
điện, gây tác động làm chậm tín hiệu mã và làm nhanh tín hiệu sóng mang.
Ảnh hưởng của tầng điện ly nếu không được khắc phục có thể gây ra sai số
phép đo lớn hơn 10m. Vài máy thu sử dụng mô hình toán học để tính toán ảnh
hưởng của tầng điện ly và xác định gần đúng mật độ các hạt mang điện nên có thể
giảm được ảnh hưởng của tầng này khoảng 50% tuy nhiên sai số còn lại vẫn đáng
kể.
Tác động của tầng điện ly đối với tín hiệu điện tử phụ thuộc vào tần số của
nó. Tần số càng cao thì ảnh hưởng càng ít. Do đó ta có thể sử dụng 2 tần số sóng
mang khác nhau để đo độ trễ sai lệch giữa 2 tín hiệu này và từ đó loại bỏ được ảnh
hưởng của tầng điện ly. Đó chính là lý do tại sao mà tất cả các vệ tinh GPS truyền
thông tin bằng 2 tần số L
1
trực tiếp, gây ra sai lệch về thời điểm đến của tín hiệu thực sự.
Nếu đường truyền gián tiếp dài hơn đáng kể so với đường truyền trực tiếp
(lớn hơn 10m) để hai mẫu tín hiệu trên tách rời nhau thì ảnh hưởng gây ra bởi nhiễu
đa đường về cơ bản có thể được khắc phục bởi các kỹ thuật xử lý tín hiệu.
1.7.4. Các sai số của máy thu
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
22
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
Máy thu có thể gây ra vài sai số khi thực hiện phép đo mã hay sóng mang.
Tuy nhiên, trong các máy thu chất lượng cao các sai số này không đáng kể, nhỏ hơn
1mm đối với phép đo pha sóng mang và vài cm đối với phép đo pha mã.
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
23
Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng trong hàng không
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÀ TỔN HAO
TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
2.1. Các phương pháp đa truy nhập đến một vệ tinh
2.1.1. Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
FDMA (Frequency Division Multiplex Access) là loại đa truy nhập được
dùng phổ biến trong thông tin vệ tinh, trong hệ thống này mỗi trạm mặt đất phát đi
một sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang của các trạm mặt đất khác. Mỗi
một sóng mang được phân cách với các sóng mang khác bằng các băng tần bảo vệ
thích hợp sao cho chúng không chồng lên nhau. FDMA có thể được sử dụng cho tất
cả các hệ thống điều chế: hệ thống điều chế tương tự hay điều chế số như các sóng
mang FM (Frequency Modulation) điều chế bằng các tín hiệu điện thoại đã ghép
kênh hoặc các tín hiệu truyền hình và các sóng mang PSK (Phase Shift Keying)
điều chế số. Một trạm mặt đất thu các tín hiệu có chứa thông tin nhờ một bộ lọc
thông dải.
Phương pháp này cho phép tất cả các trạm truyền dẫn liên tục, nó có ưu điểm
là không cần thiết điều khiển định thời đồng bộ và các thiết bị sử dụng khá đơn
trở lên chiếm bộ phát đáp của vệ tinh trong cùng một thời gian. Độ dài của khe thời
gian ấn định cho mỗi trạm mặt đất tuỳ thuộc vào lưu lượng của trạm.
TDMA sử dụng các sóng mang điều chế số và các sóng mang được phát đi
từ trạm mặt đất cần phải được điều khiển chính xác sao cho chúng nằm trong khe
thời gian được phân phối. Để làm được điều này, cần phải có một tín hiệu chuẩn
phát đi từ một trạm chuẩn và các trạm khác lần lượt truyền tín hiệu ngay sau tín
hiệu chuẩn. Trong phương pháp đa truy nhập này, các trạm mặt đất phải truyền tín
hiệu một cách gián đoạn và cần phải dự phòng khoảng thời gian bảo vệ giữa các
sóng mang để các tín hiệu từ các trạm mặt đất không chồng lấn lên nhau khi đến bộ
phát đáp.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể sử dụng tốt công suất tối đa của vệ
tinh và có thể thay đổi dễ dàng dung lượng truyền tải bằng cách thay đổi khoảng
SVTH: Đinh Công Tài Lớp: 46K - ĐTVT
25
1khung
TDMA
Thời gian
Tần số
Hình 2.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian
A
A
B
C
D
Copyright: Tài liệu đại học ©